电动汽车模拟引擎声音系统设计 - 1

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评论 收藏 分享 上传者:hi5
各位观众大家好 我是来自德州仪器 中国汽车团队的查尔斯张 那么今天将由我来向大家介绍一下 电动汽车模拟引擎声音系统的设计 以及 TI 的 D 类功率放大器 如何在该系统当中得以应用 这个是今天我们进行培训的 主要的 Agenda 主要分为三个大的部分 第一部分是讲一下 电动汽车模拟引擎声音系统 相关的法律法规 第二部分讲一下 电动汽车模拟引擎声音 系统的主要框图 第三部分就是重点讲一下 TI 的 D 类功率放大器 在这里补充说一下 电动汽车模拟引擎声音系统 在国际上更常用的一种称法 是声学车辆告警系统 也就是 AVS 系统 所以在整本次的培训当中 我也将以 AVS 系统来代指 电动汽车模拟引擎声音系统 我们现在进入第一章节 讲一下电动汽车模拟引擎声音系统 AVS 相关的法律法规 既然谈到了法律法规 那首先大家肯定会想到 这是一个什么样的系统 会需要用法律法规 来加以强制进行规范呢 如果大家其实现在在这个市面上 电动汽车已经非常普及了 大家如果说仔细去观察一下 或者仔细去听一下 可以感觉一下 有部分电动汽车在你身边经过的时候 其实声音是非常小的 那这个地方我夹了一张数据 引用了一份数据 就是大家可以看一下 ICEV 这个是代表 代表传统的这种燃油汽车 它是有那个它是有引擎的 它有燃油引擎的 那么蓝色的那根线是代表 这种电动汽车 纯电动或者是插电强混的汽车 从这张图我们可以看到 当车的速度在比较低的时候 比如说五公里十公里 像这种纯电动的汽车 它的分贝声音是非常小的 它不像燃油汽车 它能到四五十个分贝以上 它在低速的时候 可能只有 20 多个 dB 那这种情况下 它在如果说没有仔细在去听 那其实是感觉不到 身边有一辆车在经过的 那这种情况 如果说你一又一不小心 又走到了路中央 那对方的司机又没有注意的话 这就很容易带来一个危险 因为是电动汽车 它的动力来源主要都是由电机来进行驱动 所以它跟传统的燃油汽车是有一个 这种发声源上发声源的一个差别 所以就是为了避免 因为电动汽车声音太小 而带来的这种 没有给出足够的这种提示信号 带来的一些危险 那越来越多的国家和地区 它其实是提出了相关的法律法规来规定 以后新的电动汽车 必须要装上一个装置 来模拟出这样一个传统燃油汽车 它能够发出来的一个声音 我们刚才提到其实在国际上 更常见的做讲法呢叫 AVAS 系统 那其实在不同的 就是不同的厂商 它们在进行设计的时候 或者说是不同的车厂 它们在进行谈论这一块这一功能的时候 它会有有不同的说法的 有的叫 EESS 系统 external engine sound synthesis 就是外部的引擎声音综合模拟的一个装置 有的又叫 ESM external sound module 就外部声音模块 有的又叫 VSG Vehicle Sound Generator 就是车辆声音发生器 或者 PAAS 电动汽车安全声音警示系统 那其实大家就是简称上不太一样 但其实听下来大家应该都能感觉得到 这其实就是一个东西 因为车本身它自己是没有声音的 或者说我的声音是非常小的 对行人不能够产生足够的警觉性 会因此会带来一些潜在的风险 所以我们要装上这样一个装置 来模拟出这样一个传统的引擎的声音 这样的话车在你旁边经过的时候 你就能够提前感知到这个车的接近 从而采取一些避让的措施 避免给自己或者是给对方 带来一些不必要的一些危险 那这就是为什么会有这样一个重要性 要把它提上法律法规 那如果说要谈到法律法规 其实比较早的是从欧盟那边开始的 就是在 2014 年的 4 月份开始 它们出台了一个法规是 五百四十号文件 它里边就是规定了 就是说所有的车厂 在2019年7月1号之后生产的电动汽车 都必须要装上这个 AVAS系统 那对 AVAS 系统 这个文件呢 它当时是只做了一部分的规定 就是说我们要装这个东西系统 那这个系统具体长成什么样子 我怎么去从一种更科学的方式 来评定这样一个系统 我的一些测量指标 考核指标是什么样子 它当时也没有提的很细 里面也提了一句 就是说这个东西 因为法规同时除了欧盟在讲 那国际上因为越来越多的 国家和地区已经形成共识 这个是一个必须的东西 所以呢当时联合国 也是正在做这样一个法规的一些制定 因此这个欧盟的 第一份这种法规文件里面就提到了 说就是如果后面这种 联合国的这种法规出来的话 它们会采取一些修订和更改 来 follow 联合国这样一个 法规的文件 那在2016年10月份的时候 联合国这个138号文件也就出来了 那里边呢就是这个文件 就对 AVAS 这个系统 它的一些功能 就做了一些很明确的一些划分 然后以及这个 我们刚才比如说刚才提到 这样一些分贝值 我应该在多远距离的时候 应该是什么样的分贝 在多大车速的时候应该是多少分贝 那在这个文件当中呢 也是做了一些比较详细的规定 所以在2016年11月的时候 那这个美国那边呢 也相应的出台了一些文件 就是 NHTSE 这样一个机构 它也是要求在2019年9月1号之后 所有的车厂在生产的EV或者是PHEV 这种插电强混的这样一些车里边 也都是必须百分之百 要装这样一个 AVAS 系统 来进行车辆声音预警 那2017年9月份的时候呢 就是我们之前前面也提到了 欧盟那边的话 因为也是在2014年540号文件里边提了 说会在联合国的文件出台之后 它们会做一些修订 那2017年的9月份就是出台了 二零一七一五七六这个文件 来对之前的2014年的这个法规 做了一个修改 那这个修改我们如果说 大家去看一下这个法规文件的话 也可以看得出来 主要是也是基于对 联合国138号文件的一个修改 来做了一个新的制定 那刚才前面提到的大多数也都是 国际上的一些法律法规 国内的话其实大家应该也能感觉得到 因为电动汽车越来越普及了 其实一些比较大的这种汽车厂商 也是越来越多的车型会有出来 那在国内的话也是紧跟国际上是接轨的 那在法律法规的制定上 我们其实更多是一种国标的形式 来展现出来 所以在2017年9月份的时候 国家出台了 GB72582017这样一个 机动车运行安全技术条件里边 第 12.13.2 里边提到了一条 纯电动汽车以及插电式混动混合动力汽车 在车辆起步及车速低于二十千米的时候 应该能给外部行人提供适当的提示性声响 那这个国标呢只是提了这一句 就跟前面欧盟呢也比较像了 就是它首先就是 要提这样一个强制性的国标 它要装这样一个系统 那这个系统它具体长什么样子呢 其实会有其它的一些 补充性的推荐性的国标出来 所以我最后下面又放了一个 GB/T 那这个因为国标号还没出来 其实现在这个征求意见稿 在网上也可以看得到 叫电动汽车低速行驶提示音技术要求 这个就是一个很详细的技术指标 目前也还在这个意见稿的征集当中 我相信肯定有一部分网友 对这部分资料是比较感兴趣的 所以我在这个地方 也把相关的文件的 一些链接都提供了出来 嗯大家如果说对这些文件比较感兴趣 想要深入去学习一下的话 都可以通过这些链接来进行访问 那就是已经出台了 这么多的法律法规文件 里边也对这样一个系统做了一些定义 也对这样一些测量做了一些要求 那我们从工程人员进行设计的角度 我们应该提取出的一些 一些什么什么样的信息 就是我们回归到系统来讲 回归到这样这样一个模块 我从设计的角度 我应该有哪些指标 法规是一个强制性的东西 这从设计的角度 我们应该回归到一些具体的指标 比如说对这个系统我们定义出来 它的一些声音的发声方式 以及它的一些功能 那这个部分我们要从法规当中提取出来 大家可以自己去 了解一下这个法规 可以提取更多的信息 那在我这边也总结了一些 比较关键的点出来跟大家进行分享 那从运行条件上 这里边列出了三个点 比较重要的就是 声音系统声音的这种发声的方式 就是 AVAS 这个系统 要能够自动产生这样一种声音 从速度从开始启动 到速度接近二十千米的时候 或者在倒车的时候 那这就告诉了我们在这个系统 在哪些时候应该发声音 不是说我随时随地都一直在工作 其实最关键的我们如果说 回归到刚才提供的这种声音的一些数据 大家应该如果还记得的话 就是我的电动汽车在速度比较高的时候 其实生发出的分贝数 跟我的传统的燃油车是比较接近的 只有在低速的时候 我的电动汽车它的声音才会比较低 所以这个 AVAS 系统规定的就是 汽车起步到汽车速度达到二十千米之内 或者在倒车的时候 因为倒车的速度一般也会比较低 而且很容易就行人 没注意那车正在倒车就没看到 这样的话其实这两个 比较关键的工况下一定是要能够工作的 那第二点就是说 当这个速度是超过 20 的话 其实这个 AVAS 系统 也不用产生声音也是没关系的 然后当或者说 当这个车辆在倒车的时候 这个车它的告警的声音 也是不一定 不一定会说去产生跟那种 类似引擎一样的声音 那这是这个地方 AVAS 不一定会 要在这个倒车的时候 产生相应的一些动作 那第二个就是说 它的声音的一些发声的方式 第二点就是说 我们在这样一个车上一定是要 装这样一个 一般是要装这样一个 switch 要装这样一个开关 让司机有这样一个 可以选择的项 就是我在一上电的时候 在我汽车一打火开始工作的时候 它这种默认的状态 其实是应该达到这样一个开的位置 但是其实司机相当于是有选择的权利 我可以把它给它把它给关掉 就是大家应该也能感觉到 现在比如有那种汽车 它是一种一键启停的 它有一个按键按一下 然后汽车开始仪表盘有电 你踩着刹车一下 然后发动机开始工作 就类似于这样一个按键 那我就是对这个 AVAS 系统 也会类似的有这样一个按键 默认的情况下 我一上电整车开始工作了 那这个东西呢 这个模块呢 它会处于一种默认的工作的状态 那你开始启动了 它就会有一定的速度出来 它会就会有一定的声音出来 但如果说你就不想要这个声音 你也是有这样一个 switch 你可以把它给关闭 那还有就是说 它有一定的这种 声音衰减的这样一个功能 在这种车辆在正常运行的时候 这也是它运行的一个条件 这地方呢就是说声音的分贝数量 因为这也是我们 系统进行设计的时候 比较要重点关注的一些指标 那我去在车上装这样一个系统 我到底应该发出多大的声音 这也肯定是要一定的考核指标 不能无限大那也不能说比较小 那这样的话其实还是 不能够产生警示行人的作用 那在这地方 在这个法规文件当中 它就对这个声音的类型 以及声音的音量 也是做了一些详细的规定 我们看右边的表格的话 它也是提出了 其实是一个最小的一个值 当我的车车速在十千米以下 或者是在二十千米以下 分别做了一个最小的分贝的定义 那最起码也得有 40 多个dB 其实这个就有点像我们 传统的燃油车的声音了 嗯在低速的时候 我们记得最开始那张对比的表 就是燃油车就是在 40 多 然后纯电动的车只要 20 多 那这张表的时候就规定了 我们的 AVAS 系统 最低的速度的时候 其实是也最起码要产生 40 多 dB 的这样一个声音 那 40 多 dB 其实进一步 这是从声学的角度 要回归到硬件的角度 就是会产生相应的一些功率的指标 就是我的功放 它应该会产生多大的这样一个瓦数 这个是我们比较常见的这样一些指标 那后面的话我会对这个 功放相关的一些指标 再做一些详细的讲解 那还有就是说这里边也规定了 我产生这样一个声音 也是要连续的就真实的 就是能够总简而言之 就是真实的能够模拟出 这样一个引擎的声音 不能说产生这样一个声音 跟引擎的声音不像 那其实因为大家现在 已经熟知的就是我车来了 我的这个引擎的声音应该是什么样子的 那你去模拟这样一个声音的话 你应该是模拟出 跟我传统的认知是一样的声音才可以 OK 那再补充说一点 就是这张表里边 规定的是一个最小值 那其实它也是有一定的有最大值的限制 那因为大家也会关注这种环境噪声 并不享有这种太吵的声音 总是会影响到自己 一辆车在你旁边经过 声音非常大你也会受不了 所以一般 75dB 也是对这样一种 装置它产生的分贝数的上限了 通常 75dB 就是最大的一个值了 OK 这个是法规文件 刚才我们过了一下 是法规文件定义的一些指标性的东西 那很多时候法规其实 只是做了最基本最主要的一些 参数的一些定义 在真正到各个车厂 或进行设计的时候 它会进一步细分 进一步给出更明确的规范 和更明确的指标 这个东西应该怎么做 那对我这个系统来讲的话 通常的话它其实 会在收到我整车给出来的这样一些指令 这个指令呢会包括这个车速是多少 它的加速度是多少 或者说现在刹车这个速度 这个这个压力是多少 因为对这部分关键的信息 就是决定我这个声音 到底应该是什么样子 五公里和十公里 它应该产生的声音是不一样的 所以我这个系统 其实应该要从整车收到相关的一些命令 然后来产生相应的一些动作 这是说这是车场一般会给出来的这种 关于命令相关的一些信息 那还有因为这种系统 它跟安全性相关要求非常高 不能说这个系统装上去 刚开始能工作 它跑着跑着就不能工作了 那其实对这种负载 对这种实际的这个模块 要进行一定的诊断的功能 我这个负载我这个喇叭是不是 车在颠簸了一段时间之后脱落了 那这种情况下我的负载 要是能把它给诊断出来的 并告知司机现在这个负载已经断掉了 已经发不了声音了 因此它其实会对这种负载诊断 提出一些很明确的要求 还有就是说对我这个功放 会提出来这样一些具体的指标 就我刚才提到的就是我们分贝数 这四五十 dB 这个更多的是跟声学 跟声效相关的一些参数 那回归到我们 硬件的角度来进行设计的时候 一般它是怎样的呢 比如说通常情况下 可能就是说八瓦十瓦 十几瓦这样一些参数是比较常见的 一般见到的也不会超过 20 瓦这样一个参数 其实从人耳的角度 几瓦的声音就已经是比较响了 那但是从音学的角度 它有的时候会出现一些 比较高的一个尖峰一样的波形 就是比如看正弦波 它其实会出现一个尖峰出来 那这种情况下 它对峰值功率会要求比较高一些 因此在选功放的时候的话 它其实不能说我平均的 可能三五瓦就挑个三五瓦的功放 它一定要给功放的最大值 留出一定的裕量来进行设计 那从通道的数量上来讲 一般是一个 channel 或者是两个 channel 是最常见的 那这样的喇叭一般会 如果是一个 channel 一般就是装在车头的位置了 那如果是两个 channel 一般是车头或者是车尾各装一个 这种情况下的话 它倒车啊或者是前进的时候 都能给客户 都能给路人行人 产生一定的警示性的作用 还有就是从这种采样率的角度来讲 因为我们这种电动汽车的声音 它在高频的时候 其实对人耳没那么 人耳对这种高频的东西也没那么敏感 而且就传统的燃油机的话 更多的是在低频的时候 会产生跟这种电动汽车有比较大的差异 所以其实对这种 AVAS 系统 进行设计的时候 它的法规里边规定的 大家可以到时候回头或者看一下 我刚才那个表 就是也就定义到 5K 左右 那如果说想追求一些好的音质 就是部分客户 其实它会要求 我不仅仅能发声 不仅仅是满足最基本的 spec 我甚至想要求一些 high performance 高性能一些的东西 它就想能够听出来 不仅有声音我还是能够比较热爱 听的比较舒服 它甚至还会要求 对这种信号做一些均衡做一些处理 这样的话听起来效果会更好一些 那如果说它对这种音质要求会比较高一些 所以它从频率的角度就不仅仅是 5K 左右了 它有的时候可能会要求到10K甚至是十几k 因为人耳的频率 大家应该也都会比较清楚 最多到最大上限只到20K 但其实很多人的可能人耳也没那么敏感 一定能听得到20K 但十几 K 的还是能够正常的 所以就是看 在车厂在定义这种spec的时候 它想要达到什么样一个性能 高性能的呢还是说基础的功能满足就好了 能够达到警示的一个作用 以及满足法规的要求 那就是具体的客户具体的 spec 那大家去来具体来探讨
课程介绍 共计3课时,1小时8分20秒

电动汽车模拟引擎声音系统设计

TI 模拟 系统 电动汽车 引擎 声音

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